在声明IsString实例时出现“非法实例声明”

Question

我正在编写一个使用UTF-16字符串的应用程序，并尝试为其创建一个IsString实例，以利用重载字符串扩展功能：

import Data.Word ( Word16 )
import Data.String ( IsString(fromString) )

type String16 = [Word16]

instance IsString [Word16] where
    fromString = encodeUTF16

encodeUTF16 :: String -> String16

问题是，当我尝试编译该模块时，GHC 7.0.3会抱怨：

Data/String16.hs:35:10:
    Illegal instance declaration for `IsString [Word16]'
      (All instance types must be of the form (T a1 ... an)
       where a1 ... an are *distinct type variables*,
       and each type variable appears at most once in the instance head.
       Use -XFlexibleInstances if you want to disable this.)
    In the instance declaration for `IsString [Word16]'

如果我注释掉实例声明，它就能成功编译。 为什么会被拒绝呢？对于[Char]的实例看起来很相似，但它可以编译通过。我是不是漏掉了什么？

- Lambda Fairy

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你应该考虑使用 text，它在内部使用 UTF-16。或者至少使用一个 [Word16] 的新类型包装器，以避免这种问题和冲突。 - ehird

@ehird 感谢您的建议。我正在尝试实现Java的字符串哈希函数，该函数适用于16位字符。不幸的是，文本包没有一种简单的方法可以在原始Word16上工作，而不必诉诸黑魔法。 - Lambda Fairy

如果您导入Data.Text.Internal，则可以访问底层的Array。 - ehird

嗯，case s of { Text array offs len -> A.toList array offs len } 并不算太糟糕 :) - ehird

你也可以将其编码为UTF-16 ByteString，但这可能对你没有帮助。无论如何，我强烈建议至少在列表周围使用一个新类型。 - ehird

Answer 1

通过查阅 GHC 手册和 Haskell 维基百科（特别是List instance页面），我更好地理解了这个问题的工作原理。以下是我学到的内容摘要：

问题

Haskell Report 定义了一个实例声明，如下所示：

类型（T u₁ … u_k）必须采用类型构造函数 T 应用于简单类型变量 u₁, … u_k的形式；此外，T 不能是类型同义词，并且 u_i 必须都是不同的。

加粗部分是让我困惑的限制条件。用英语表达，它们是：

1. 类型构造函数之后的任何内容必须是类型变量。
2. 您不能使用类型别名（使用type关键字）绕过规则1.

那么这与我的问题有什么关系呢？

[Word16]只是写[] Word16的另一种方式。换句话说，[]是构造函数，Word16是其参数。

因此，如果我们尝试编写：

instance IsString [Word16]

这与...相同。

instance IsString ([] Word16) where ...

“这样做不会起作用，因为它违反了规则1，编译器友好地指出了这一点。”

“试图将其隐藏在类型同义词中”

type String16 = [Word16]
instance IsString String16 where ...

“也不工作，因为它违反了第二部分。” “现状是，在标准Haskell中无法使[Word16]（或任何其他列表）实现IsString。解决方案＃1：newtype。 @ehird建议的解决方案是将其包装在newtype中：”

newtype String16 = String16 { unString16 :: [Word16] }
instance IsString String16 where ...

它绕过了限制，因为String16不再是别名，而是一个新类型（请原谅这个双关语）！唯一的缺点是我们现在必须手动封装和解封，这很烦人。

解决方案2：灵活实例

为了摆脱限制，我们可以使用灵活实例，但代价是牺牲可移植性：

{-# LANGUAGE FlexibleInstances #-}

instance IsString [Word16] where ...

这是@[Daniel Wagner]提出的解决方案。

第三种解决方案：等式约束

最后，还有一种使用等式约束的不太便携的解决方案：

{-# LANGUAGE TypeFamilies #-}

instance (a ~ Word16) => IsString [a] where ...

这个方法使用类型推断效果更好，但可能会发生重叠现象。参见Chris Done的相关文章。(顺便说一下，最终我在Data.Text.Internal上编写了一个foldl'的封装器，并在此基础上实现了哈希函数。)

- Lambda Fairy

Answer 2

为什么会被拒绝？

因为：

  (All instance types must be of the form (T a1 ... an)
   where a1 ... an are *distinct type variables*,
   and each type variable appears at most once in the instance head.

有什么我错过的吗？ 是的：

   Use -XFlexibleInstances if you want to disable this.)

- Daniel Wagner

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我确信任何遇到这个问题的人（包括昨天的我）都不知道“灵活实例”是什么。你能否详细解释一下它的含义？ - Lambda Fairy

FlexibleInstances 只是放宽了 @DanielWagner 引用的限制； GHC 手册 提供了更多信息 关于替代使用的限制。这里 也许对你有所帮助。 - ehird